CN106803671A - 一种光伏电站低电压穿越能力评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，包括:根据光伏电站拓扑结构及电站接入的逆变器的型号，将所述逆变器进行分类；根据分类结果对所述逆变器的建立其主电路模型；建立所述光伏电站数模混合仿真模型和电网模型构成仿真光伏电站数模混合仿真平台；根据所述仿真平台仿真测试和评估光伏电站低电压穿越能力。本发明技术方案解决现有测试条件无法满足光伏电站低电压穿越测试的难题，相比现有数字仿真评估能更精确地反映电站低电压穿越能力。
Description
技术领域
本发明涉及光伏检测领域，更具体涉及一种光伏电站低电压穿越能力评估方法。
背景技术
在对光伏电站的实际测试工作中，由于光伏电站容量远远超过测试装置容量，一般难以直接对光伏电站整站并网特性开展测试。尤其是低电压穿越等测试，目前采取对电站单元进行抽样测试，以抽样测试结果代替整站性能的评估方式。但光伏电站的整体结构存在多种影响整体并网性能的因素，如单元汇集线路、集电线路、主变压器等，导致单元抽测结果与整站低电压穿越性能并不完全相符，甚至会出现单元抽测结果符合标准要求，而整站性能并不满足标准要求，因此，需要采用整站建模的方式对光伏电站低电压穿越能力进行评估。
国外已开始关注光伏电站并网性能要求并着手编制相关标准。德国联邦能源和水资源协会(BDEW)率先制定了较为完善的《发电站接入中压电网技术导则》，对光伏电站整站并网性能开展模型校验和数字仿真评估。采用数字仿真评估需要对整个光伏电站进行建模，不仅包含光伏电站主电路模型，还需要对控制模型进行精确辨识。而数模混合仿真采用数字模型与真实控制器相结合的方式，仅需要对光伏电站一次回路进行建模，将整个光伏逆变器并网性能检测平台的一次回路都以仿真模型的形式存放在半实物仿真器中，通过物理接口实现仿真模型与逆变器真实控制器的无缝对接，采用的逆变器真实控制器自带的控制算法，不需要重新对控制系统进行建模，也不需要对逆变器控制模型进行辨识，基于数模混合仿真方法对大规模光伏电站低电压穿越能力进行评估，能更精确地反映光伏电站的低电压穿越性能。
目前，国内外针对基于数模混合仿真的大规模光伏电站故障穿越能力评估技术尚未开展。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏电站低电压穿越能力评估方法,基于数模混合仿真方式，建立光伏电站详细拓扑模型，基于站内典型电力电子控制器与电站详细测试模型，建立光伏电站故障穿越评估平台，实现对光伏电站故障穿越能力评估，解决现有测试条件无法满足光伏电站低电压穿越测试的难题，相比现有数字仿真评估能更精确地反映电站低电压穿越能力。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，包括:
根据光伏电站拓扑结构及电站接入的逆变器的型号，将所述逆变器进行分类；
根据分类结果对所述逆变器的建立其主电路模型；
建立所述光伏电站数模混合仿真模型和电网模型构成光伏电站数模混合仿真平台；
根据所述仿真平台仿真测试和评估光伏电站低电压穿越能力。
将相同型号、相同网络结构、相同拓扑结构和相同并网点电压的所述逆变器分别进行分类。
设所述光伏电站中的逆变器有i类，将i类中每类的逆变器都任意选取一台，并将选出的i台逆变器，依据其拓扑结构建立逆变器主电路模型。
通过信号调理模块将采集到的各所述逆变器主电路模型中的逆变器输出三相交流电压和逆变器输出三相交流电流进行线性变换，采集到的直流母线电压和电流进行线性变换，再经模拟量输出板卡输出至逆变器的控制器中的AD采样口，所述控制器进行运算处理后，输出数字脉冲信号，经数字量输入板卡输入驱动对应的逆变器工作，实现i台逆变器和其对应的控制器通过物理I/O口进行对接。
对于所述i类逆变器中没有被选取的逆变器，与所选择的逆变器具备相同的网架结构、相同拓扑结构和相同并网点电压，采用受控电流源方式进行等效，建立模型。
设所述i类逆变器中的第g类逆变器含有m台逆变器，任意选取一台进行对其主电路建模以及与控制器的物理I/O对接；剩余的m-1台逆变器，由于其并网点电压由电网网架结构决定，等效为m-1个三相受控电流源，每一个所述三相受控电流源的受控信号均来源于被选取逆变器建模的输出电流，其中A相受控信号为被选取逆变器主电路模型的A相输出电流，B相受控信号为被选取逆变器主电路模型的B相输出电流，C相受控信号为被选取逆变器主电路模型的C相输出电流，且m-1个三相受控电流源的A、B、C三相正极分别与该m-1台逆变器并网点相连，三相受控电流源的A、B、C三相的负极根据实际光伏电站的拓扑结构接地或中性点。
根据所述逆变器建立的其主电路的模型，搭建光伏电站网络拓扑结构和各逆变器模型，从而构成光伏电站数模混合仿真模型和电网模型，并在光伏电站并网点与电网之间串联接入电压跌落发生器模型，完成数模混合仿真平台构建。
根据光伏电站接入电力系统的要求，利用光伏电站数模混合仿真平台，开展光伏电站数模混合仿真，实现电站低电压穿越能力的仿真测试和评估。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明技术方案不受光伏电站容量的限制，解决了光伏电站容量远远超过测试装置容量时，光伏电站整站低电压穿越测试无法开展的难题，避免了由单元抽检低电压穿越测试结果导致单元抽测结果与整站低电压穿越性能并不完全相符，甚至会出现单元抽测结果符合标准要求，而整站性能并不满足标准要求；
2、本发明技术方案采用真实控制器，相比现有数字仿真评估技术，仅需要对光伏电站一次回路进行建模，将整个光伏逆变器并网性能检测平台的一次回路都以仿真模型的形式存放在半实物仿真器中，通过物理接口实现仿真模型与逆变器真实控制器的无缝对接，采用的逆变器真实控制器自带的控制算法，不需要重新对控制系统进行建模，也不需要对逆变器控制模型进行辨识，能更精确地评估电站的低电压穿越性能；
3、本发明技术方案按照真实电站的拓扑结构与参数建立模型，并按照相同网架结构、相同逆变器型号的原则进行分类，每类逆变器中选取一台，采用数模混合仿真的形式，建立的被选择逆变器一次回路详细模型，其拓扑结构和参数均由逆变器厂家提供，且与模型相接的逆变器控制器为真实的，且连接部分的物理I/O口为线性单元，因此能够保证被选取的逆变器测试结果正确，展现光伏逆变器的电磁暂态特性；
4、本发明技术方案清晰划分网络拓扑结构，采用三相受控电流源等效的方式，按照同类中被选取的逆变器输出电流将其他m-1台逆变器等效，由于此m-1台逆变器与被选取的逆变器并网点电压一致，逆变器型号一致，同时光照强度一致使得其输出功率也一致，保证了同一类中未被选取的m-1台逆变器与被选取的逆变器输出电流是一致的，保证了m-1台逆变器采用受控电流源方式进行等效的结果正确，m-1台逆变器的等效模型能够精确反映该逆变器的电磁暂态特性；
5、本发明技术方案对网架结构、集电线路等均按照实际参数建模，模型网架结构与实际一致，每一类逆变器都是以某一台逆变器的真实控制器进行控制，每一类中均选取出一台逆变器进行数模混合仿真，同类中其余逆变器采用受控电流源等效的方式建模，且受控电流来源于被选取的逆变器输出电流，保证了整站建模的正确性，模型能够反映真实的网架结构和实际运行工况，在准确的基于数模混合仿真的光伏电站模型下，参照相关标准进行低电压穿越仿真测试，测试结果才能更加真实地反映光伏电站低电压穿越能力；
6、本发明技术方案根据所述逆变器建立的其主电路的模型，搭建光伏电站网络拓扑结构和各逆变器模型，从而构成光伏电站数模混合仿真模型和电网模型，并在光伏电站并网点与电网之间串联接入电压跌落发生器模型，完成数模混合仿真平台构建；根据光伏电站接入电力系统的要求，利用光伏电站数模混合仿真平台，开展光伏电站低电压穿越仿真，实现电站低电压穿越能力的仿真测试和评估，为依据国标GB/T19964-2012开展的光伏电站低电压穿越性能评估提供半实物仿真测试技术支撑，进一步丰富和完善相关检测标准，为保障电网稳定运行提供理论和实践依据，为电力系统稳定运行提供支撑。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的光伏电站中按照相同型号逆变器以及相同网架结构原则进行归类的示意图；
图3为本发明实施例的数模混合仿真连接关系图；
图4为本发明实施例的被测光伏电站电路图；
图5为本发明实施例的被测光伏电站的逆变器拓扑结构示意图；
图6为本发明实施例的低电压穿越测试期间光伏电站逆变器并网点电压波形图；
图7为本发明实施例的低电压穿越测试期间光伏电站逆变器并网点电流波形图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本例的发明供一种光伏电站低电压穿越能力评估方法,包括如图1所示：
(1)详细分析光伏电站拓扑结构及电站接入的逆变器型号，将光伏电站中按照相同型号逆变器以及相同网架结构等原则进行归类，如图2所示；
(2)假定电站中的逆变器i类(i≥1)，将i类中的逆变器都任意选取一台，并将选出的i台逆变器，依据其拓扑结构建立逆变器主电路详细模型，并通过信号调理模块将采集到的各主电路详细模型中的逆变器输出三相交流电压和逆变器输出三相交流电流以及直流母线电压和电流进行线性变换，经模拟量输出板卡输出至该逆变器控制器中AD采样口，逆变器控制器进行运算处理后，输出数字脉冲信号，经数字量输入板卡输入驱动对应的逆变器工作，实现i台逆变器和其对应的控制器通过物理I/O口进行对接；
(3)对于i类逆变器中没有被选取的逆变器，与所选择的逆变器具备相同的网架结构、相同拓扑结构、相同并网点电压，因此可认为其输出电流与被选择的逆变器输出电流一致，因此可采用受控电流源方式进行等效。
以i类逆变器中的第g类(1≤g≤i)逆变器为例，假定含有m台逆变器，任意选取一台采用步骤(2)的方法进行主回路建模以及与控制器的物理I/O对接，剩余的m-1台逆变器，由于其并网点电压由电网网架结构决定，仅需等效为m-1个三相受控电流源，如图3所示，每一个三相受控电流源的受控信号均来源于被选取精确建模的逆变器输出电流，其中A相受控信号为被选取逆变器主回路模型A相输出电流，B相受控信号为被选取逆变器主回路模型B相输出电流，C相受控信号为被选取逆变器主回路模型C相输出电流，且且m-1个三相受控电流源的A、B、C三相正极分别与该m-1台逆变器并网点相连，三相受控电流源的A、B、C三相的负极根据实际光伏电站的拓扑结构接地或中性点。
(4)依据步骤(2)和步骤(3)搭建电站详细网络拓扑结构和各逆变器模型，建立光伏电站数模混合仿真模型和电网模型，并在电站并网点与电网之间串联接入电压跌落发生器模型，完成数模混合仿真平台构建；
(5)依据相关标准，利用光伏电站数模混合仿真平台，开展光伏电站数模混合仿真，实现电站低电压穿越能力的仿真测试和评估。
具体实施如下：被测光伏电站，电站容量为2.4MW，含有2个光伏并网发电单元，如图4所示每个并网单元为1.2MW，由20台同一型号的60kW光伏逆变器组成，20台光伏逆变器并联后接入0.4/35kV升压变压器，两个并网发电单元汇流后，与35kV母线相连。
光伏电站使用的光伏组件为多晶硅组件，使用的40台逆变器全部为同一类型，逆变器为三电平T型拓扑结构，如图5所示。
由于被侧光伏电站为拓扑结构相同的两个并网发电单元，且每个发电单元中逆变器型号均相同，因此，仅需在40任意选取一台逆变器，建立仿真模型，并将其对应的控制器都与半实物仿真器通过物理I/O口进行对接，其他39台逆变器均通过受控电流源方式进行建模。低电压穿越数模混合仿真步骤如下：
(1)任意选取一台逆变器，在此选择第一并网发电单元1#逆变器，建立光伏阵列、逆变器一次主电路模型，并将其对应的控制器都与半实物仿真器通过物理I/O口进行对接；
(2)另外39台逆变器采用受控电流源的方式建模，受控电流信号来自第一并网发电1#单元逆变器模型的并网电流信号；
(3)建立包含40台逆变器、变压器和站内线路的光伏电站模型，建立电网模型和低电压穿越检测装置模型，实现对光伏电站数模混合仿真；
(4)本实施例中，依据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》对被测光伏电站开展共计96个点的低电压穿越数模混合仿真评估。以光伏电站并网点电压跌落至20％额定电压为例，附图6为低电压穿越测试期间光伏电站逆变器并网点电压波形图，附图7为低电压穿越测试期间光伏电站逆变器并网点电流波形图。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：包括:
根据光伏电站拓扑结构及电站接入的逆变器的型号，将所述逆变器进行分类；
根据分类结果对所述逆变器建立其主电路模型；
建立所述光伏电站数模混合仿真模型和电网模型构成光伏电站数模混合仿真平台；
根据所述仿真平台仿真测试和评估光伏电站低电压穿越能力。
2.如权利要求1所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：将相同型号、相同网络结构、相同拓扑结构和相同并网点电压的所述逆变器分别进行分类。
3.如权利要求2所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：设所述光伏电站中的逆变器有i类，将i类中每类的逆变器都任意选取一台，并将选出的i台逆变器，依据其拓扑结构建立逆变器主电路模型。
4.如权利要求3所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：通过信号调理模块将采集到的各所述逆变器主电路模型中的逆变器输出三相交流电压和逆变器输出三相交流电流进行线性变换，采集到的直流母线电压和电流进行线性变换，再经模拟量输出板卡输出至逆变器的控制器中的AD采样口，所述控制器进行运算处理后，输出数字脉冲信号，经数字量输入板卡输入驱动对应的逆变器主电路模型工作，实现i台逆变器主电路模型和其对应的控制器通过物理I/O口进行对接。
5.如权利要求4所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：对于所述i类逆变器中没有被选取的逆变器，与所选择的逆变器具备相同的网架结构、相同拓扑结构和相同并网点电压，采用受控电流源方式进行等效，并建立模型。
6.如权利要求5所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：设所述i类逆变器中的第g类逆变器含有m台逆变器，任意选取一台进行对其主电路建模以及与控制器的物理I/O对接；剩余的m-1台逆变器，由于其并网点电压由电网网架结构决定，等效为m-1个三相受控电流源，每一个所述三相受控电流源的受控信号均来源于被选取逆变器主电路模型的输出电流，其中A相受控信号为被选取逆变器主电路模型的A相输出电流，B相受控信号为被选取逆变器主电路模型的B相输出电流，C相受控信号为被选取逆变器主电路模型的C相输出电流，且m-1个三相受控电流源的A、B、C三相正极分别与该m-1台逆变器并网点相连；三相受控电流源的A、B、C三相的负极根据实际光伏电站的拓扑结构接地或中性点。
7.如权利要求1或6所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：根据所述逆变器建立的其主电路的模型，搭建光伏电站网络拓扑结构和各逆变器模型，从而构成光伏电站数模混合仿真模型和电网模型，并在光伏电站并网点与电网之间串联接入电压跌落发生器模型，完成数模混合仿真平台构建。
8.如权利要求1所述的一种光伏电站低电压穿越能力评估方法，其特征在于：根据光伏电站接入电力系统的要求，利用光伏电站数模混合仿真平台，开展光伏电站数模混合仿真，实现电站低电压穿越能力的仿真测试和评估。
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